Nükleer Yakıt Çevrimi

Nükleer Yakıt Çevrimi
Dr. Şükran Çavdar
Istanbul Teknik Üniversitesi
niversitesi
1 Mayıs 2008
15/2
İçerik
Nükleer enerji “hammadde“ si nedir ?
Uranyum ne tür bir elementtir ?
Nükleer yakıt çevrimi nedir ?
Uranyum topraktan nasıl çıkarılır ?
İzotopik ayrıştırma nasıl yapılır ?
Yakıt elemanları nasıl hazırlanır ?
Yeniden işleme nedir ?
15/3
Nükleer enerji “hammadde”si nedir?
Nükleer enerjinin kaynağı fisil elementlerin
fisyonudur
U233 , U235 ve Pu239 başlıca fisil elementlerdir
Uranyumun doğada bulunan izotopları:
U234 % 0.0055
U235 % 0.7196
U238 % 99.2749
15/4
Uranyum ne tür bir elementtir ?
Doğada yanlız başına bulunmuyor
Schoepit 2.UO3.5H2O
Uraninit U02 (kısmen UO3)
Uranosiferit (BiO) (UO2) (OH)3
Andersonit Na2Ca(UO2) (CO3).6H2O
Rutherfordin (UO2) (CO3)
Schroeckingerit NaCa3 (UO2) (CO3) (SO4)F.
Johannit Cu(UO2)2 (SO4)2 (OH)2.6H2O
Uranopilit (UO2)6 (SO4) (OH)10 . 12 H2O
Zippeit 2 UO3.SO3.5H2O
Otünit Ca(UO2)2 (PO4)2.8-12 H2O
Arsenouranilit
Ca(UO2)4(AsO4)2.(OH)4.6H2O
Metaotünit Ca(UO2)2 (PO4)2.6-8 H2O
Torbernit Cu(UO2)2(PO4)2.12H2O
Metatorbernit Cu(UO2)2(PO4)2 6-8 H20
Metauranospinit Ca(UO2)2(AsO4)2. 8 H2O
Zeunerit Cu(UO2)2(AsO4)2.3H2O
Karnotit K2(UO2)2(UO4)2.1-3H20
Tyuyamunit Ca(UO2)2(VO4)2.7-11H2O
Uranofan Ca (UO2)2 (SİO3)2 (OH)2.5 H2O
Betauranofan Ca (UO2)2 (SiO3)2 (OH) . 5
H2O
Coffinit U (SİO4)1-4x(OH)4x
Boltvodit K(UO2)2 (SiO3) (0H)2 . 5 H2O
Betafıt (U, Ca) (Nb, Ta, Ti)3 O9 . n H2O
Brannerit U Tİ2O6
Pisekit U, Ti, Th, nadir toprak niobat tantalat
Kalkuromolit Ca(UO2)3 (Mo04)3 (0H)2 .11
H2O
+4 ve +6 değerliklidir
15/5
Atom ağırlığı
Kaynama noktası
Erime noktası
Elektriksel iletkenlik
Isıl iletkenlik
Yoğunluk
238.0289
3818 0C
1132 0C
0.034 ohm -1
0.064 cal/(s/cm/0C)
19.07
15/6
Nükleer yakıt
çevrimi nedir ?
Açık çevrim
Reaktörden çıkan yakıt
elemanları doğrudan atık
kabul edilirler
Kapalı çevrim
Reaktörden çıkan yakıt
yeniden işlenerek, tekrar
reaktör yakıtı olarak
kullanılırlar
15/7
Ön cephe (front end of the NFC)
Uranyum
Madenciliği
Cevher Ayrıklaştırma
Fakir
Uranyum
1
Atık
İzotopik Ayrıştırma
(Hızlı üretgen
reaktör)
2
Atık
Zenginleştirme
3
Atık
Yakıt Elemanı Üretimi
Reaktöre
Yerleştirme
15/8
4
Cevher ayrıklaştırma
Madencilik
Katı sıvı ayrımı
Kırma
Su
%5
Kayıp
İyon Değiştirme
Solvent
Ekstrasyonu
Solvent
Ekstrasyonu
Öğütme
H2SO4
Na2CO3
HNO3
Çöktürme
Liç
UO2(NO3)2+6H2O → UO3+2NO2+1/2O2+6H2O
UO3+H2 → UO2+H2O
Kurutma
Uranyum
Diuranit
%60 Uranyum içerir
Sarı Pasta
15/9
İzotopik ayrıştırma ve zenginleştirme
% 3-5 – Az zengin uranyum
% 5 – Çok zengin uranyum
% 20 – Silah kalitesinde uranyum
%90 – Tam zengin uranyum
5000C
UO2+4HF → UF4+2H2O
UF4+F2
3500C
→
UF6
15/10
İzotop ayırma yöntemleri
Santrifüj ayırma
Gaz difüzyonu ile
ayırma
Aerodinamik ayırma
Elektromanyetik
ayırma
Sıvı difüzyonu ile
ayırma
Laser ile ayırma
Kimyasal ayırma
Elektromanyetik
ayırma
Sıvı difüzyonu ile
ayırma
Laser ile ayırma
Kimyasal ayırma
15/11
Yakıt elemanı imali
Ön sıkıştırma ve taneleme
Kalıplama
Sinterleme
Taşlama
Kurutma
Zarflama
Muayene
Montaj
15/12
Arka cephe (back end of the NFC)
Kullanılmış
yakıt
2
Geçici Depolama
Paketleme
1
Yeniden İşleme
HLW
4
3
Nihai
Depolama
3
2
Reaktöre
Yerleştirme
3
Nihai
Depolama
15/13
Kullanılmış yakıtın yeniden işlenmesi
Avantajlar
Atık gözetim süresi büyük oranda düşmesi
Atık hacmi önemli miktarda azalması
Kullanılmış yakıttaki plutonyum ve uranyumdan
yararlanılması
Dezavantajlar
Düşük uranyum fiyatları nedeniyle (en azından
şimdilik) ekonomik olmaması
Plutonyumun bomba yapmak isteyen yasa dışı
gruplarca ele geçirilme olasılığı
15/14
Yeniden işleme yöntemleri
PUREX
Doğrama
Asitte çözme
Birinci ayırma
İkinci ayırma
Saflaştırma
Dönüştürme
15/15
Yeniden işleme tesisleri
ABD, Kanada, Güney Kore, İspanya, İsveç ,
Finlandiya yeniden işleme yapmamayı
tercih ediyorlar
Fransa, İngiltere, Rusya, Japonya,
Hindistan, Çin, Almanya, İsviçre, Belçika
yeniden işleme yapıyorlar
Yakıt
LWR
LWR
LWR
LWR
MAGNOX
PHWR
Ad
COGEMA
Thorp
Rokkasho
Mayak
B205
Kalpakkam
Yer
Fransa
İngiltere
Japonya
Rusya
İngiltere
Hindistan
Kapasite(ton/yıl)
1700
900
800
400
1500
275
15/16